Teknologi Dasar Konstruksi Baja 1

Transkripsi

1 Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia 2015 Teknologi Dasar Konstruksi Baja 1 HALAMAN JUDUL SMK / MAK Kelas X Semester 1 i

2 DISKLAIMER (DISCLAIMER) Penulis : Editor Materi : Editor Bahasa : Ilustrasi Sampul : Desain & Ilustrasi Buku : Hak Kementrian Pendidikan & Kebudayaan Milik Negara Tidak Diperdagangkan Semua hak cipta dilindungi undang-undang, Dilarang memperbanyak (mereproduksi), mendistribusikan, atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku teks dalam bentuk apapun atau dengan cara apapun, termasuk fotokopi, rekaman, atau melalui metode (media) elektronik atau mekanis lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit, kecuali dalam kasus lain, seperti diwujudkan dalam kutipan singkat atau tinjauan penulisan ilmiah dan penggunaan non-komersial tertentu lainnya diizinkan oleh perundangan hak cipta. Penggunaan untuk komersial harus mendapat izin tertulis dari Penerbit. Hak publikasi dan penerbitan dari seluruh isi buku teks dipegang oleh Kementerian Pendidikan & Kebudayaan. ii

3 KATA PENGANTAR Kurikulum 2013 dirancang untuk memperkuat kompetensi siswa dari sisi mengetahuan, ketrampilan dan sikap secara utuh, proses pencapaiannya melalui pembelajaran sejumlah mata pelajaran yang dirancang sebagai kesatuan yang saling mendukung pencapaian kompetensi tersebut Sesuai dengan konsep kurikulum 2013 buku ini disusun mengacau pada pembelajaran scientific approach, sehingga setiap pengetahuan yang diajarkan, akan dilanjutkan sampai siswa dapat membuat dan terampil dalam menyajikan pengetahuan yang dikuasai secara kongkrit dan abstrak serta bersikap sebagai mahluk yang mensyukuri anugerah Tuhan akan alam semesta yang dikaruniakan kepadanya melalui kehidupan yang mereka hadapi. Kegiatan pembelajaran yang dilakukan siswa dengan buku teks bahan ajar ini pada hanyalah usaha minimal yang harus dilakukan siswa untuk mencapai kompetensi yang diharapkan, sedangkan usaha maksimalnya siswa harus menggali informasi yang lebih luas melalui kerja kelompok, diskusi dan mengumpulkan berbagai informasi dari sumber sumber lain yang berkaitan dengan materi yang disampaikan. Sesuai dengan pendekatan kurikulum 2013, siswa diminta untuk menggali dan mencari atau menemukan suatu konsep dari sumber sumber yang pengetahuan yang sedang dipelajarinya, Peran guru sangat penting untuk meningkatkan dan menyesuaiakan daya serap siswa dengan ketersediaan kegiatan pembelajaran pada buku ini. Guru dapat memperkaya dengan kreasi dalam bentuk kegiatan kegiatan lain yang sesuai dan relevan yang bersumber dai lingkungan sosial dan alam sekitarnya Sebagai edisi pertama,buku teks bahan ajar ini sangat terbuka dan terus dilakukan perbaikan dan penyempurnaannya, untuk itu kami mengundang para pembaca dapat memberikan saran dan kritik serta masukannya untuk perbaikan dan penyempurnaan pada edisi berikutnya. Atas konstribusi tersebut, kami ucapkan banyak terima kasih. Mudah-mudahan kita dapat memberikan hal yang terbaik bagi kemajuan dunia pendidikan dalam rangka mempersiapkan generasi emas dimasa mendatang. iii

4 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i DISKLAIMER (DISCLAIMER)... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv KEGIATAN BELAJAR 1 : MACAM-MACAM BESARAN DAN SISTEM SATUAN Tujuan Pembelajaran Besaran dan Satuan Batasan Besaran Sistim Satuan Internasional (SI) Atau Standar ISO Konversi satuan RINGKASAN SOAL LATIHAN KEGIATAN BELAJAR 2 : MENYUSUN GAYA YANG SETARA Tujuan Pembelajaran Pengertian Gaya Kesetaraan Gaya Keseimbangan Gaya Pengertian Momen Momen Statis Menyusun Gaya yang Setara Soal Latihan KEGIATAN BELAJAR 3 : MENGURAIKAN GAYA YANG SETARA Tujuan Pembelajaran Menguraikan Sebuah Gaya menjadi Dua Buah Gaya Menguraikan Sebuah Gaya menjadi Tiga Buah Gaya Soal Latihan KEGIATAN BELAJAR 4 : MENYUSUN GAYA YANG SEIMBANG Tujuan Pembelajaran Menyusun Gaya Konkuren yang Seimbang Keseimbangan Gaya yang Tidak Konkuren Soal Latihan LEMBAR EVALUASI KEGIATAN BELAJAR 5 : PEMBEBANAN PADA KONSTRUKSI BANGUNAN Tujuan Pembelajaran Gaya luar Muatan atau beban Ketentuan-ketentuan tentang pembebanan Soal-soal Latihan Soal-soal Evaluasi iv

5 elamat! Sekarang kalian telah menjadi siswa kelas X di SK/MAK S Program Keahlian Teknik Bangunan. Sekarang kalian akan mempelajari ilmu mekanika teknik. Mekanika teknik merupakan ilmu utama yang dipelajari di ilmu bangunan atau teknik sipil. Para insinyur menggunakan ilmu tersebut untuk mempelajari perilaku struktur terhadap beban yang bekerja padanya. Perilaku struktur tersebut umumnya adalah lendutan dan gaya-gaya baik gaya reaksi maupun gaya internal. Dalam mempelajari perilaku struktur maka halhal yang banyak dibicarakan adalah: stabilitas, keseimbangan gaya, kompatibilitas antara deformasi dan jenis tumpuannnya, dan elastisitas. Dengan mengetahui gaya-gaya dan lendutan yang terjadi maka selanjutnya struktur tersebut dapat direncanakan atau diproporsikan dimensinya serta diketahui kekuatan dari konstruksi yang direncanakan tersebut. Jadi pada dasarnya mekanika teknik ini bertujuan untuk menentukan dimensi, perhitungan kontrol, dan perhitungan kekuatan. a. Perhitungan dimensi Perhitungan dimensi digunakan untuk menentukan ukuran ukuran dari konstruksi bangunan secara ilmiah dengan penggunan bahan bangunan seminimum dan seefisien mungkin, dengan faktor keamanan tertentu, serta konstruksi bangunan itu mampu mendukung gaya-gaya atau muatan/ beban yang ada. b. Perhitungan kontrol Perhitungan kontrol digunakan untuk memeriksa, apakah suatu bangunan kontruksi yang sudah didirikan cukup kuat dan cukup kaku terhadap beban beban yang direncanakan. c. Perhitungan Kekuatan Perhitungan yang dilakukan untuk memeriksa konstruksi dari perubahan bentuk, peralihan peralihan, serta beban-beban pada konstruksi yang tidak melampaui batas. d. Perhitungan Stabilitas Perhitungan yang diperlukan agar bangunan selalu dalam keadaan kokoh 1

6 Dalam ilmu mekanika teknik juga dikenal istilah statika. Statika adalah bagian dari ilmu mekanika teknik yang mempelajari tentang semua benda yang tetap atau statis, sedangkan ilmu yang mempelajari semua yang bergerak disebut ilmu dinamika. Kedua bagian itu mempunyai dua persamaan, yaitu gaya-gaya dan pergerakan. Hanya dalam ilmu statika ada ketentuan khusus mengenai pergerakan ini, yaitu pergerakan v = 0. Hal ini berarti, bahwa dalam ilmu statika kita hanya bekerja dengan gaya-gaya yang tidak bergerak, dengan keadaan pergerakan = nol. Peristiwa ini akan terjadi, bila semua gaya yang membebani suatu benda dan gaya-gaya pada tangkai pengungkit (dengan jarak antara gaya dan benda = momen) saling menutupi, sehingga semua gaya seimbang. Oleh sebab itu ilmu statika disebut juga ilmu keseimbangan gaya atau disingkat ilmu keseimbangan. Kita mengharapkan bangunan yang kita tempati dalam kondisi diam atau dalam kondisi seimbang. Keseimbangan itu mula-mula tidak ada dan kalau keseimbangan itu tercapai, segera akan terganggu lagi. Bisa juga terjadi perubahan dalam keseimbangan, yang diakibatkan oleh daya tarik bumi (dalam ilmu statika disebut berat atau bobot sendiri), oleh beban/ muatan yang dikenakan pada benda atau konstruksi bangunan itu (beban berguna) serta oleh kekuatan yang terdapat dalam alam, misalnya air hujan, tekanan angin dan perubahan suhu. Beban ini disebut gaya luar. Karena pembebanan dengan muatan luar, jadi merupakan beban yang bekerja dari luar benda, maka di dalam / pada benda itu sendiri timbul kekuatan/ kekakuan, hal ini sebagai perlawanan terhadap gaya luar tadi, yang kita sebut tegangan. 2

7 Sekalipun benda itu dalam keadaan seimbang, sebenarnya ia tidak betulbetul kaku atau diam. Ini hanya merupakan ketentuan, yang tidak selalu tampak kasat mata. Benda itu sendiri, atau lebih tepat zat benda itu sendiri, menarik diri terhadap beban yang bekerja dari luar. Benda itu mengubah bentuknya. Perubahan bentuk itu bisa melalui perubahan panjang (memanjang atau memendek), perputaran, pelengkungan. Semua itu bisa terjadi. Tetapi seberapa besar adanya hal itu diperbolehkan? Tentu saja sesedikit mungkin, dan tidak boleh merugikan atau membahayakan penggunaan suatu konstruksi bangunan. Kalau perubahan bentuk itu sudah bisa tampak oleh mata kita, maka ia sudah melampaui batas yang diperkenankan. Salah satu syarat yang penting dalam perubahan bentuk ialah: sesudah beban dilepaskan dari benda tadi, maka benda itu harus dapat kembali pada bentuknya yang semula. Ia harus memegas kembali. Untuk dapat mencapai itu, maka benda harus elastis dan bukannya plastis. Coba kalian bayangkan, bagaimana jika kursi yang setiap hari kalian duduki di kelas tidak kembali pada bentuk semula? Atau bayangkan saja jika jembatan yang kalian lewati tidak kembali ke kondisi semula...padahal banyak sekali orang atau kendaraan yang melintasi jembatan tersebut. Apa yang akan terjadi? Mengapa kursi atau jembatan tersebut walaupun sering dipakai masih tetap seperti semula? 3

8 Pengamatan: Carilah seorang teman yang kira-kira besarnya sama denganmu. Cobalah kalian saling dorong kemudian kalian saling tarik. Apa yang kalian lalukan agar tidak jatuh atau terdorong? Apa yang kalian rasakan? Gambar 1. Saling dorong 4

9 Gambar 2. Saling tarik Masih ingatkah kalian pelajaran di SMP tentang gaya aksi dan reaksi? Siapakah yang menemukan hukum aksi reaksi tersebut? apa yang kalian ingat tentang hukum tersebut? Ya... hukum aksi reaksi ini adalah hasil penemuan Sir Isaac Newton yang dikenal sebagai hukum 3 Newton yang berbunyi Setiap ada gaya aksi, maka akan selalu ada gaya reaksi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Hukum 3 Newton menjelaskan bahwa setiap ada gaya aksi akan timbul gaya reaksi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Ciri gaya aksi reaksi : * besarnya sama. * arah berlawanan. * bekerja pada benda yang berlainan 5

10 Setelah kalian mengingat hukum 3 Newton tersebut, bagaimana kalian menjelaskan perihal kursi dan jembatan yang kita bicarakan tadi? Pembahasan lebih lanjut mengenai macam-macam gaya yang diterapkan pada suatu bangunan akan kita bahas nanti pada materi-materi selanjutnya. Pada bab 1 kita akan mengingat kembali pelajaran fisika sewaktu di SMP yaitu tentang macammacam besaran yang terkait dengan bidang keteknikan. Karakter yang dikembangkan: saling tolong menolong Dalam kehidupan sehari- hari kita juga sering menghadapi kenyataan bahwa apabila kita beraksi maka akan timbul reaksi. Ada yang bereaksi keras ketika aksi keras, ada yang bereaksi santai ketika santai, dan ada yang bereaksi santai walaupun aksi itu keras. Suatu pernyataan yang menarik dapat kita teladani adalah: jika anda baik tentunya saya akan lebih baik, dan jika anda jahat, saya tidak akan ikut-ikutan jahat, lebih baik menjadi orang yang baik walaupun orang lain berbuat jahat. 6

11 KEGIATAN BELAJAR 1 : MACAM-MACAM BESARAN DAN SISTEM SATUAN 1.1 Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan belajar ini diharapkan kalian dapat: a. Membedakan antara besaran dan satuan b. Mengidentifikasi macam-macam besaran c. Mengidentifikasi macam-macam satuan d. Menerapkan besaran dan satuan yang sesuai pada penyelesaian persoalan keteknikan 1.2 Besaran dan Satuan Besaran adalah gambaran secara kuantitatif (ukuran) dari benda, proses atau suatu keadaan, contohnya : massa, panjang, tekanan, tegangan, kecepatan, harga ukuran itu. dan sebagainya. Dalam suatu pengukuran nilai suatu besaran adalah Besaran dibagi menjadi dua bagian yaitu : a. Besaran vektor : yaitu besaran yang mempunyai besar (nilai) dan arah, seperti: gaya, kecepatan, dan sebagainya. b. Besaran skalar : yaitu besaran yang hanya mempunyai besar tapi tidak punya arah, contohnya : massa, panjang, waktu, suhu, dan sebagainya. Satuan adalah cara mengungkapkan suatu ukuran dengan menggunakan bilangan. Ada tiga macam sistim satuan yaitu : a. British Gravitational System (BGS) b. Metric System (MKSA) c. Systeme International D Unites (SI) 7

12 Sistim Satuan International (SI) adalah suatu sistim yang telah diolah dan dikembangkan oleh komisi teknik dan ISO (International Organization for standardization). Standar satuan ini tercantum dalam International Standard ISO R31. Ada tiga macam kategori satuan yaitu : a. satuan dasar b. satuan tambahan c. satuan turunan Contoh : panjang balok adalah 2 meter. Panjang adalah besaran, menyatakan nilai ukuran (nilai besaran), dan meter adalah satuan. 2 disini 1.3 Batasan Besaran 1. Membedakan antara Besaran dengan Satuan. Besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur, dihitung, memiliki nilai dan satuan. Besaran menyatakan sifat dari benda. Sifat ini dinyatakan dalam angka melalui hasil pengukuran. Oleh karena satu besaran berbeda dengan besaran lainnya, maka ditetapkan satuan untuk tiap besaran. Satuan juga menunjukkan bahwa setiap besaran diukur dengan cara berbeda. Mengukur sebenarnya adalah kegiatan membandingkan suatu Besaran dengan Besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Contoh: Gaya tekan sebesar 10 N F = 10 N Maka N melambangkan satuan yang dipilih untuk besaran F dan 10 melambangkan nilai bilangan dari besaran F bila dinyatakan dalam satuan N. Besaran fisis dapat dijumlahkan atau dikurangkan apabila termasuk dalam satu 8

13 kategori. Besaran fisis dapat juga dikulaikan atau dibagi satu sama lainnya menurut aturan ilmu hitung. Contoh: Kecepatan pada gerak beraturan adalah V = L adalah jarak dalam interval waktu t. Bila jarak L = 5 cm dan interval waktu t = 2,5 s, maka: V = = = 2 cm /s Dalam bidang mekanika pada umumnya terdapat tiga besaran dasar, yaitu panjang, massa, dan waktu. Akan tetapi pemilihan yang lain juga mungkin. Misalnya, panjang, waktu, dan gaya atau panjang, waktu, dan energi. Dalam praktek dapat juga dibuat pemilihan satuan dengan suatu cara yang menghasilkan persamaan antara nilai bilangan, termasuk faktor bilangannya dan mempunyai bentuk yang sama dengan persamaan antara besaranbesaran yang bersangkutan. Sistem satuan dengan cara ini disebut koheren terhadap sistem besaran dan persamaan dalam soal-soal. Di depan telah dijelaskan bahwa ada tiga macam satuan, yaitu satuan dasar, satuan tambahan, dan satuan turunan, satuan-satuan tersebut bersama-sama membentuk satuan SI yang koheren. 9

14 Contoh: No Besaran SI unit dalam satuan dasar 1 Kecepatan m/s 2 Gaya kg. m/s 2 3 Energi kg.m 2 / s 2 4 Tekanan kg/ms 2 2. Besaran Vektor dan Besaran Skalar Besaran fisis dibagi menjadi 2 golongan yaitu besaran vektor dan besaran skalar. Besaran vektor adalah besaran yang memiliki besar dan arah. Contohnya kecepatan, percepatan gravitasi, dan gaya. Vektor dapat digambarkan dengan tanda anak panah. Panjang anak panah melambangkan besarnya vektor. Besaran skalar adalah besaran yang hanya memiliki besar saja. Contohnya: laju, berat, jarak, dan waktu. Besaran vektor dan besaran skalar No Besaran Vektor Besaran Skalar 1 Perpindahan Jarak 2 Kecepatan Laju 3 Percepatan Kekuatan 4 Gaya Waktu 5 Momentum Volume 6 Kuat medan magnet Kerja 7 Torsi ( momen gaya) Massa (inersia) Catatan: Untuk besaran vektor perpindahan, kecepatan,dan percepatan ada hubungannya dengan kolom di sebelah kanannya pada besaran skalar. Misalnya laju adalah besarnya kecepatan. 10

15 1.4 Sistim Satuan Internasional (SI) Atau Standar ISO Sistem satuan internasional atau lebih dikenal dengan satuan SI (dari bahasa Perancis, Systeme International d Unites) adalah sistem satuan yang telah diolah oleh organisasi standar internasional yang juga dikenal dengan nama ISO (International Organization for Standardization). Sistem satuan tersebut sudah diresmikan pemakaiannya sejak tahun 1960, setelah disetujui dalam Conference General des Poids et Mesures (CGPM). Sistem satuan internasional telah dipakai sejak tahun 1980 dan kita di Indonesia juga menggunakan sistem satuan ini. Sistem satuan internasional ini terdiri atas tiga macam satuan, yaitu satuan dasar, satuan tambahan, dan satuan turunan. Lambang besaran digunakan huruf tunggal dari abjad Latin atau Yunani. Untuk pembeda dengan yang lainnya, kadang- kadang lambang besaran itu diberi subscript atau tanda pembeda yang lain dan dapat pula diberi indeks. Lambang besaran ditulis atau dicetak miring, tanpa tanda titik. Contoh 1) L lambang besaran untuk panjang. 2) E lambang besaran untuk energi. 3) E k untuk energi kinektis 4) lambang besaran untuk tegangan 5) ijin untuk tegangan yang diizinkan 6) b untuk tegangan patah yang diizinkan 11

16 Lambang satuan apabila ditulis lengkap maka menggunakan huruf kecil termasuk lambang satuan yang diambil dari nama orang, negara, atau nama sesuatu hal. Jika lambang satuan (nama orang atau lebih) ditulis dengan huruf besar dan huruf berikutnya ditulis dengan huruf kecil. Contoh: 1) m untuk meter 2) s untuk sekon/ detik 3) A untuk Ampere (nama orang) 4) N untuk Newton ( nama orang) 5) Kg untuk kilogram 6) Btu untuk British Termal Unit (nama negara) 7) Wb untuk Weber (nama orang) 12

17 1. Satuan Panjang Besaran panjang satuan meter dengan lambang satuan (m). Nama satuan meter adalah termasuk satuan dasar untuk SI. Meter adalah suatu panjang (jarak) yang sama dengan ,73 kali panjang gelombang dalam ruang hampa dari radiasi yang bersesuaian dengan transisi antara level 2P 10 dan 5d 5 dari atom kripton Satuan Massa Nama satuan besaran massa adalah kilogram dengan lambang satuan (kg). Kilogram termasuk satuan dasar untuk SI. Kilogram adalah satuan masa yang sama dengan massa dari prototipe kilogram internasional ( CGPM ke -1 tahun1901 ) 3. Satuan Gravitasi Gravitasi diberi lambang satuan g yang besarnya diukur dari atas permukaan laut yang sama dengan 9,80600 m/s 2 ( 32,169 ft/s 2 ). Didalam menyelesaiakan soal-soal pada umumnya graviasi besarnya diambil sama dengan 9,8 m/s 2 ( 32 ft/s 2 ). Percepatan atau percepatan gravitasi = pertambahan kecepatan Waktu yang diperlukan Satuan dalam SI : satuan kecepatan = m /s Satuan waktu = s Satuan gravitasi = m/s 2 (meter per detik kuadrat) 13

18 4. Satuan Waktu Besaran waktu nama satuannya detik dengan lambang satuan s. Satuan ini termasuk satuan dasar untuk SI. Detik adalah waktu dari periode radiasi yang bersesuaian dengan transisi antara dua hyperfine levels dari keadaan atom Cs-133 (CGPM ke 13 tahun 1967). Satuan waktu dalam SI adalah detik atau sekon (s). Waktu dibagi menjadi periode-periode yang berulang secara teratur: tahun, bulan, dan hari. Hari dibagi lagi menjadi jam, menit, dan detik. Salah satu alat pengukur waktu yang modern ialah jam atom sesium ( Cs). Jam ini sangat tinggi kecepatannya, kesalahan pengukuran hanyalah satu detik dalam 3000 tahun. 5. Satuan gaya Nama satuan gaya menurut SI adalah Newton dengan lambang N. Satuan gaya adalah satuan turunan yang mempunyai nama dan lambang sendiri. Gaya menyebabkan percepatan pada benda. besarnya percepatan itu tergantung pada besarnya massa benda dan besarnya gaya. Seperti dikatakan dalam hukum II sebagai berikut: gaya yang bekerja pada suatu benda adalah sama dengan massa benda dikalikan percepatannya. Jadi gaya = massa x percepatan F = m. a F = gaya ( N) atau (dyne) m = massa benda (kg) atau (g) a = percepatan ( m/s 2 ) atau (cm/s 2 ) 1 newton adalah gaya yang memberi percepatan sebesar 1 m/s 2 pada massa 1 kg. Satuan lain untuk gaya adalah dyne. 1 dyne adalah gaya yang memberikan percepatan sebesar 1 cm/s 2 pada massa 1 gram. 1 newton = 1 kg m/s 2 = 1000 g X 100 cm/s 2 1 newton = 10 5 dyne. 14

19 Tabel 1. Satuan dasar SI No Besaran Nama Satuan Lambang satuan Simbol Besaran Definisi 1 Panjang Meter M l 2 Massa Kilogram Kg m 1 meter adalah suatu panjang yang sama dengan kali panjang gelombang dalam vakum dari radiasi yang bersesuaian dengan transisi antara 2 P 10 dan 5 d 5 dari atom krypton-86 (CGPM ke-11 tahun 1963) Adalah satuan massa yang sama dengan massa dari prototype kilogram internasional (CGPM ke-1 tahun 1901) 1 kg = 1 liter air murni yang suhunya 40 o C 3 Waktu Detik S t 1 detik adalah waktu dari periode radiasi 15

20 yang bersesuaian denga transisi antara dua hyperfine levels dari keadaan atom caesium 133. (CGPM ke-13 tahun 1967) 4 Arus Listrik Ampere A i Ampere adalah arus tetap yang bila dipertahankan dalam dua konduktor lurus sejajar dengan panjang tak terhingga dengan luas penampang yang dapat diabaikan dan diletakkan pada jarak 1 m dalam ruang hampa udara, menghasilkan gaya antara dua konduktor ini sebesar Newton per meter (CGPM ke-13 tahun 1967) 5 Suhu Temodinamika Kelvin K T Kelvin satuan adalah suhu termodinamika, merupakan 1/273,6 dari suhu titik triple air. 16

21 Mole adalah jumlah substansi dari suatu system yang berisi sejumlah satuan elementer yang sama dengan atom-atom dalam 0,012 Kg karbon 12. apabila mole di pakai, 6 Jumlah Substansi Mole Mol n satuan- satuan elementer harus dijelaskan dan dapat berupa atom, molekul ion, electron, partikel- partikel lain, atau kelompok tertentu dari suatu macam partikel, (CGPM ke-14 tahun 1971) Candela adalah intensitas cahaya dalam arah tegak 7 Intensitas Cahaya Candela Cd j lurus pada suatu permukaan seluas 1/ meter persegi dari suatu benda hitam pada temperatur platina beku dalam tekanan Newton per meter persegi. (CGPM ke- 13 tahun 1967) 17

22 Tabel 2. Satuan Tambahan SI No Besaran Nama Satuan Lambang satuan Definisi 1 Sudut Bidang Datar Radian rad Radian adalah sudut bidang antara dua jari-jari lingkaran yang memotong keliling lingkaran, dengan panjang busur sama panjang dengan jari-jarinya. 2 Sudut Ruang Steradian Sr Steradian adalah sudut ruang yang puncaknya terletak pada pusat bola, membentuk juring suatu bola memotong permukaan bola dengan luas sama dengan kuadrat jari-jari bola (r 2 ). 18

23 Tabel 3. Satuan turunan yang dinyatakan dengan satuan dasar. Besaran Nama Satuan SI Lambang Luas Meter persegi m 2 Volume (isi) Meter kubik m 3 kecepatan Meter perdetik m/s percepatan Meter perdetik kuadrat m/s 2 Jumlah gelombang 1 permeter 1/m Massa jenis, density Kilogram permeter kubik Kg/m 3 Konsentrasi (dari jumlah substansi) suatu Mol permeter kubik mol/m 3 Volume spesifik luminance Meter kubik perkilogram Candela permeter persegi m 3 /kg cd/m 2 19

24 Tabel 4. Satuan turunan yang mempunyai nama dan lambang tertentu Satuan Besaran Nama Lambang Bentuk lain (SI) Bentuk lain (SI) Frekuensi hertz Hz 1/s Gaya newton N Kg m/s 2 Tekanan pascal Pa N/m 2 Kg/(ms 2 ) Energi panas kerja, jumlah joule J N/m Kg m 2 /s 2 Daya, medan energi watt W J/s Muatan listrik coulomb C As Tegangan listrik Volt V W/A m 2 kg/s 3 A Kapasitas listrik Farad F C/A s 4 A 2 /m 2 kg Tahanan listrik Ohm V/A m 2 kg/s 3 A 2 Konduktansi Siemens S A/V s 3 A 2 /m 2 kg Medan magnet Weber Wb Vs m 2 kg/s 2 A Kerapatan medan magnet Tesla T Wb/m 2 Kg/s 2 A Induktansi Henry H Wb/A m 2 /s 2 A Medan penerangan (lulinous flux) lumen lm cd sr Illunimance Lux lx cd sr/m 2 Aktivitas (radio aktiv) Becquerel Bq l/s 20

25 1.5 Konversi satuan Untuk faktor konversi ini bias langsung dilihat pada tabel-tabel konversi berikut. Tabel 5. Konversi Panjang cm m km in ft mil 1 centimeter , ,81 x 6,214 x meter ,3 3,931 6,214 x kilometer ,231 0, inchi 2,540 25,4 x 25,4 x 1 88,33 x 15,79 x feet 30,48 0,3048 0,3048x ,1894x mill 160,9 x ,609 63,36 x yard = 3 ft = 36 in 1 Angstrom (1A o ) = m 21

26 Tabel 6. konversi luas m 2 cm 2 ft 2 in 2 1 meter persegi , centimeter ,076 x ,1550 persegi 1 foot persegi 92,9 x inchi persegi 0,6452 x ,452 6,944 x mile persegi = 640 acre 1 acre = 43,6 ft 2 Tabel 7. Konversi Volume m 3 cm 3 l in 3 1 meter kubik ,02 x centimeter ,02 x 10-3 kubik 1 liter ,02 1 inchi kubik 16,39 x ,39 16,39 x gallon (UK) = 4,546 liter 1 galon (US) = 3,785 liter 1 gallon (Indonesia) = 4 liter 1 barrel (US) = 42 gallon (US) = 34,97 gallon (UK) Tabel 8. Konversi Tekanan atm dyne/cm 2 cm Hg Pa lb/in 2 1 atmosfer 1 1, ,3x dyne/cm 2 936,9x ,01x10-6 0,1 14,5x cm air raksa 13,16 x , pascal (1 Pa) 9,869 x ,1 x x? 1 lb/in 2 = 1 psi 68,05 x ,

27 1 bar = 10 6 dyne/cm 2 = 0,1 Mpa 1 kp = 1 kgf/cm 2 Tabel 9. Konversi Massa g kg slug oz Lb 1 gram ,52 x 35,27 x 2,205 x kilogram ,52 x ,27 2,205 1 slug 14,59 x , ,8 32,17-1 once 28,35 28,35 x 1,943 x 1 62,5 x pounce 453,6 0, ,08 x Tabel 10. Konversi massa jenis slug/ft 3 kg/m 3 g/cm 3 lb/ft 3 lb/in 3 1 slug/ft ,4 0, ,17 18,62 x kg/m 3 14, ,52 x ,27 2,205 1 g/cm 3 14,59 x ,8 32,17 1 lb/ft 3-28,35 28,35 x 1,943 x 1 62,5 x lb/in 3 453,6 0,436 31,08 x

28 Tabel 11. Konversi Usaha Dan Jumlah Panas 1 British Termal Unit Btu erg ft.lb hp.h J kal kwh 1 10,55 x ,9 392,9 x erg 94, ,76 37,25 10 x x10 9 x foot pound 1 hourse power-jam x ,89 27,78 x10-9 x ,285 13, ,1 1,356 0, ,6 x10-3 x10 6 x10-9 x ,85 6 1,98x10 x joule 948, x ,685 x ,4 x10 3 0,7457 0, ,5 1 0, ,8 x10-6 x kalori 3,968 41,86 3,087 1,559 4, ,163 x10-3 x10 6 x10-6 x kilowatt- jam x ,655 x10 6 1,341 3,6 x ,1 x Tabel 12. Konversi gaya dyne N lb pdl gf 1 dyne ,33 x ,02 x newton , pound 4,448 x , ,17 543,6 1 poundal , ,10 1 gram gaya ,7 9,807 x 70,93 x

29 Tabel 13. Konversi daya Btu ft.lb/s hp kal/s kw W 1 british 1 0, x , x ,293 termal unit pergram 1 foot pound persekon 4, ,818x10-3 0,3239 1,356x10-3 1,356 1 hourse ,2 0, ,7 power 1 kalori per 14,29 3,087 5,613x ,186x10-3 4,186 detik 1 kilowatt ,6 1, , watt 3,143 0,7376 1,341x10-3 0, Tabel 14. Konversi kecepatan ft/s km/jam m/s mil/jam cm/s knot 1 foot per detik 1 1,097 0,3048 0, ,48 0, km per jam 0, ,2778 0, ,78 0, meter per detik 3,281 3,6 1 2, ,944 1 mile per jam 1,467 1,609 0, ,70 0, cm per detik 0,0328 0,036 0,01 0, , knot 1,688 1,852 0,514 1,151 51,44 1 Tabel 15. Perkalian desimal SI Faktor Perkalian Singkatan Simbol Eksa E Peta P Tera T 25

30 Faktor Perkalian Singkatan Simbol 10 9 Giga G 10 6 Mega M 10 3 kilo K 10 2 hecto H 10 1 deca Da 10-1 deci Di 10-2 centi c 10-3 mili m 10-6 mikro 10-9 nano n pico p femto f atto a Konversi (pengubahan) satuan harus dilakukan terutama akibat masih banyak dipakai sistem satuan lama pada buku-buku rujukan tertentu. Berikut dapat dilihat hubungan antara Satuan SI dan sistem satuan lama. Tabel 16 Konversi Satuan SI dan Sistim Lama Besaran Satuan lama SI Gaya 1 kgf 1 tf 10 N 10 kn Gaya per satuan panjang 1 kgf/m 1 tf/m 10 N/m 10 kn/m Gaya per satuan luas penampang 1 kgf/m2 1 tf/m2 1 kgf/cm2 10 N/m2 10 kn/m2 0,1 N/mm2 Gaya per satuan volume (isi) 1 kgf/m3 1 tf/m3 1 tf/cm3 10 N/m3 10 kn/m3 0,01 MN/m3 Momen dari gaya 1 kgfm 10 Nm 1 tfm 10 knm Keterangan: f adalah singkatan dari force (gaya) 26

31 1.6 RINGKASAN 1. Besaran adalah gambaran secara kuantitatif (ukuran) dari benda, proses atau suatu keadaan. Ada dua macam besaran yaitu : Besaran Vektor (besaran yang mempunyai besar (nilai) dan arah, seperti gaya, kecepatan, dan sebaginya), serta Besaran Skalar (besaran yang hanya mempunyai besar tapi tidak punya arah, contohnya : massa, panjang, waktu, suhu, dan sebagainya). 2. Satuan adalah cara mengungkapkan suatu ukuran dengan menggunakan bilangan. Ada tiga macam sistim satuan yaitu : British Gravitational system (BGS), Metric system (MKSA), dan System International Des Unites (SI) 1.7 SOAL LATIHAN 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan satuan dan besaran? 2. Mengapa perlu adanya satuan dan besaran? 3. Apakah yang dimaksud dengan : a. Satuan dasar? b. Besaran turunan? c. Besaran vektor? d. Besaran skalar? 4. Satuan lain untuk gaya adalah dyne dan atau newton. Apakah yang dimaksud 1 dyne dan 1 newton itu? 27

32 KEGIATAN BELAJAR 2 : MENYUSUN GAYA YANG SETARA 2.1 Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan belajar ini diharapkan kalian dapat memahami : 1. Pengertian gaya 2. Kesetaraan gaya 3. Keseimbangan gaya 4. Momen gaya, kopel, statis Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak terlepas dari gaya-gaya yang bekerja di sekelilingnya. Mulai dari benda mati yang memiliki berat sendiri, sampai pada benda bergerak yang disebabkan bekerjanya gaya pada benda tersebut. Dalam ilmu mekanika teknik kita akan mempelajari hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu struktur dengan perilaku struktur akibat gaya tersebut. Sehingga atas dasar itu maka untuk mempelajari mekanika teknik terlebih dahulu perlu diketahui tentang definisi dari gaya serta sifat-sifat dari gaya seperti yang akan kita bahas berikut ini. 2.2 Pengertian Gaya Gaya dapat didefinisikan sebagai sesuatu yang menyebabkan benda (titik materi) bergerak baik dari diam maupun dari gerak lambat menjadi lebih lambat maupun lebih cepat. Menurut pengertian mekanika teknik, gaya dapat diartikan sebagai muatan yang bekerja pada suatu konstruksi, yang tidak dapat dilepaskan dari konstruksi itu sendiri. Dalam teknik bangunan, gaya berasal dari bangunan itu sendiri, seperti: berat 27 28

33 benda di atasnya atau yang menempelnya, tekanan angin, gempa, perubahan suhu dan pengaruh pengerjaan. Suatu gaya selalu mempunyai : - Besaran - Titik tangkap - Arah Gaya dapat digambarkan dalam bentuk garis (atau kumpulan garis) yang memiliki dimensi besar, garis kerja, arah kerja dan titik tangkap. Gaya-gaya biasanya disimbolkan dengan huruf F atau P dengan kekecualian huruf K untuk gaya tekuk dan huruf R bagi suatu resultante. Jika ada beberapa gaya, maka kita memberi index, misalnya: P 1, P 2, dan sebagainya. Pada gambar gaya kita menggaris gaya sebagai garis dengan menggunakan skala, misalnya 1 cm = 1 ton dengan tanda anak panah menunjukkan arah atau jurusannya. Satuan gaya menurut Sistem Satuan Internasional (SI) adalah Newton dan turunannya (kn). Akan tetapi ada yang memberi satuan kg gaya (kg). Bila gravitasi bumi diambil 10 m/detik 2 maka hubungan satuan tersebut adalah 1 kg gaya (atau sering ditulis 1 kg) ekuivalen dengan 10 Newton. Pada gambar 8 dijelaskan pengertian gaya tersebut. A B P = A adalah titik tangkap gaya P adalah besar gaya Garis AB adalah garis kerja gaya Skala panjang AB sebagai besaran Gambar 3. Gaya mempunyai besaran dan arah 29

34 Gambar 4. Gaya yang mempunyai sudut kemiringan α Apabila terdapat bermacam-macam gaya bekerja pada suatu benda, maka gayagaya tersebut dapat digantikan oleh satu gaya yang memberi pengaruh sama seperti yang dihasilkan dari bermacam-macam gaya tersebut, yang disebut sebagai resultan gaya. Gaya adalah VEKTOR yang mempunyai besar dan arah. Penggambaranya biasanya Berupa Garis dengan panjang sesuai dengan skala yang di tentukan. Gambar 5. Analogi gaya pada manusia Jadi, 50 kn adalah gaya yang diakibatkan oleh orang berdiri tersebut dengan arah gaya ke bawah yang diwakili sebagai gambar anak panah dengan panjang 1 cm, karena panjang 1cm setara dengan berat 50kN. Gambar 6. Garis kerja gaya adalah garis lurus yang melewati gaya 30

35 Gambar 7. Analogi garis kerja gaya Titik tangkap gaya adalah titik awal bermulanya gaya tersebut. Mobil mogok di atas jembatan, roda mobil serta tumpuan tangan orang yang mendorong adalah merupakan titik tangkap gaya. Gambar 8. Analogi gaya dan titik tangkap gaya Gaya dan titik tangkap bisa dipindah-pindah, asal masih dalam daerah garis kerja gaya, seperti disajikan pada Gambar 8 di bawah ini. Gambar 9. Perpindahan gaya dan titik tangkap gaya 31

36 Walaupun kita tidak bisa merasakan gaya dalam maupun gaya luar namun kita bisa melihat akibatnya. Suatu gaya menggeser suatu benda jika benda tersebut diikat dan gaya yang bekerja tidak seimbang. Pergeseran bisa berjurusan atau berarah lurus atau merupakan perputaran. Suatu gaya pada tangkai pengungkit dengan jarak siku-siku pada titik putaran mengakibatkan momen. F = besar gaya d = jarak d F Komposisi Gaya Gambar 10. Momen akibat dari gaya pengungkit Pada suatu struktur mungkin bekerja lebih dari satu gaya dan susunannya juga bermacam-macam, berbagai kemungkinan komposisi gaya antara lain : 1. Gaya-gaya kolinear, adalah gaya-gaya yang garis kerjanya terletak pada satu garis lurus. 2. Gaya-gaya konkuren, adalah gaya-gaya yang garis kerjanya berpotongan melalui suatu titik. 3. Gaya-gaya nonkonkuren, adalah gaya-gaya yang garis kerjanya berpotongan dengan yang lain tidak pada satu titik. 4. Gaya-gaya sejajar, adalah gaya-gaya yang garis kerjanya sejajar satu sama lain. 32

37 Gambar 11. Komposisi Gaya 2.3 Kesetaraan Gaya Kesetaraan gaya adalah kesamaan pengaruh antara gaya pengganti (resultan) dengan gaya yang diganti (gaya komponen) tanpa memperhatikan titik tangkap gayanya. Dengan demikian pada suatu keadaan tertentu, walaupun gaya sudah setara atau ekuivalen, ada perbedaan pengaruh antara gaya pengganti dengan yang diganti. Pada prinsipnya gaya dikatakan setara apabila gaya pengganti dan penggantinya baik gerak translasi maupun rotasi besarnya sama. Pada gambar 12 gaya P yang bertitik tangkap di A dipindahkan di B dalam garis kerja yang sama adalah setara (dalam arti efek gerak translasi dan rotasinya) tetapi hal ini dapat berpengaruh terhadap jenis gaya yang dialami benda, pada waktu titik tangkap gaya di A mengalami gaya tekan, sedang pada waktu di B benda mengalami gaya tarik. P P A B Benda yang dikenai Gambar 12. Gaya P yang bertitik tangkap di A dipindahkan di B dalam garis kerja yang sama 33

38 2.4 Keseimbangan Gaya Keseimbangan gaya adalah hampir sama dengan kesetaraan gaya bedanya pada arah gayanya. Pada kesetaraan gaya antara gaya pengganti dengan gaya yang diganti arah yang dituju sama, sedang pada keseimbangan gaya arah yang dituju berlawanan, gaya pengganti (reaksi) arahnya menuju titik awal dari gaya yang diganti (aksi). P P A B Benda yang dikenai Gambar 13. Keseimbangan gaya Dengan kata lain keseimbangan gaya yang satu garis kerja dapat dikatakan bahwa gaya aksi dan reaksi besarnya sama tapi arahnya berlawanan. Pada statika bidang (koplanar) ada dua macam keseimbangan yaitu keseimbangan translasi (keseimbangan gerak lurus) dan keseimbangan rotasi (keseimbangan gerak berputar). Untuk mencapai keseimbangan dalam statika disyaratkan Gy = 0 (jumlah gaya vertikal = 0), Gx = 0 (jumlah gaya horisontal = 0) dan M=0 (jumlah momen pada sebuah titik =0). Bila ada sejumlah gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka kesetimbangan gaya-gayanya ditentukan dengan rusultan gaya. Untuk menghitung berbagai gaya ini digunakan salib-sumbu ortogonal XY, dan semua gaya dilukiskan di dalam bidang ini agar dapat dihitung secara aljabar, disamping itu juga dapat digunakan cara grafis. Untuk penyelesaian secara aljabar ditetapkan tanda sebagai lazimnya digunakan di dalam salib-sumbu, yaitu : Gaya Positif, suatu proyeksi gaya pada suatu sumbu akan positif, bila arah gaya tersebut ke kanan, atau ke atas. Gaya negatif, suatu proyeksi gaya pada suatu sumbu akan negatif, bila arah gaya tersebut ke kiri, atau ke bawah. 34

39 Dua gaya dikatakan setimbang, jika besarnya sama, arahnya berlawanan dan segaris kerja, diperlihatkan pada Gambar 14. Untuk tiga gaya dikatakan setimbang, apabila gaya yang satu dengan resultan dua gaya lainnya mempunyai besaran yang sama, segaris kerja dan arahnya berlawanan, sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 15. Gambar 14. Kesetimbangan Dua Gaya Gambar 15. Kesetimbangan Tiga Gaya Gaya-gaya yang mempunyai titik tangkap yang sama, resultan dari gayagaya tersebut dapat ditentukan dengan menguraikan gaya-gaya ke dalam sumbu x dan y. 35

40 Gambar 16. Menguraikan Gaya Uraian gaya P Px Py P1 Px1 = P1 cos α Py1 = P1 sin α P2 Px2 = P2 cos α Py2 = P2 sin α P3 Px3 = P3 cos α Py3 = - P3 sin α P4 -Px3 = P4 cos α Py4 = P4 sin α ΣPx ΣPy α adalah sudut antara gaya dengan sumbu x Besarnya resultan gaya adalah : Tan α = dan menangkap pada titik 0. 36

41 2.5 Pengertian Momen Momen gaya terhadap suatu titik didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan jaraknya ke titik tersebut. Jarak yang dimaksud adalah jarak tegak lurus dengan gaya tersebut. Momen dapat diberi tanda positif atau negatif bergantung dari perjanjian yang umum, tetapi dapat juga tidak memakai perjanjian umum, yang penting bila arah momen gaya itu berbeda tandanya harus berbeda. P d Momen M A = + F.d A Gambar 17. Momen gaya terhadap suatu titik. Di samping momen terhadap suatu titik ada juga momen kopel yang didefinisikan sebagai momen akibat adanya dua buah gaya yang sejajar dengan besar sama tetapi arahnya berlawanan. Gambar 18 menunjukkan momen kopel tersebut. P d Momen kopel = + P Gambar 18. Momen dapat digambar dalam bentuk vektor momen dengan aturan bahwa arah vektor momen merupakan arah bergeraknya sekrup yang diputar oleh momen. Lihat gambar

42 M + (vektor momen) M - (vektor Gambar Momen Statis Menurut teori Varignon momen pada suatu titik dikatakan statis bila besarnya momen gaya pengganti (resultan) sama dengan gaya yang diganti. Contoh : Gaya P 1 dan P 2 dengan jaraklmempunyai resultan R. Tentukan letak R agar momen di titik A statis. Jawab : l A a B P 1 P R Gambar 20 Misal jarak R dengan P 1 (titik A) = a, maka untuk memenuhi momen statis di A adalah : momen resultan = jumlah momen komponen. R. a = P P 2.l a = 38

43 2.7 Menyusun Gaya yang Setara Istilah lain menyusun gaya adalah memadu gaya atau mencari resultan gaya. Pada prinsipnya gaya-gaya yang dipadu harus setara (ekuivalen) dengan gaya resultannya Menyusun Gaya yang Kolinier a) Menyusun Gaya yang Kolinier yang Satu Arah P 1 P 2 P 3 A B C A R Secara analitis : R = P 1 + P 2 + P 3 b) Menyusun Gaya yang Kolinier dengan Arah Berlawanan P P P A B C A R Gambar 21 Secara analitis : R = P 1 + P 2 P Menyusun Dua Gaya yang Konkuren Secara grafis, gaya Resultan dapat ditentukan dengan menggunakan jajaran genjang gaya dan atau segitiga gaya. Gambar 22 39

44 Arah gaya resultan = arc tg Secara analitis besarnya gaya Resultan adalah : Menyusun Beberapa Gaya Konkuren a. Secara grafis, Gaya resultan dapat ditentukan dengan cara: - jajaran genjang gaya dan atau - segi banyak. Gambar 23 b. Cara Analitis Gaya-gaya yang akan dicari resultannya diuraikan dalam arah sumbu X dan sumbu Y. Titik tangkap gaya-gaya harus dilalui oleh kedua sumbu tersebut. Sumbu X dapat horisontal ataupun miring. Dipilih mana yang memudahkan perhitungan. Yang penting kedua sumbu itu saling tegak lurus. Cara analitis ini ada juga yang menyebutnya sebagai metode proyeksi vektor gaya, karena menggunakan konsep bahwa proyeksi resultan dari vektor gaya pada setiap sumbu adalah sama dengan jumlah aljabar proyeksi masing-masing komponennya pada sumbu yang sama. Perhatikan gambar di bawah ini (gambar 25). Dalam gambar 25 dipilih sumbu X horisontal dan sumbu Y vertikal. P 1 diuraikan menjadi X 1 = P 1 cos α 1 dan Y 1 40

45 = P 1 sin α 1 ; P 2 diuraikan menjadi X 2 = P 2 cos α 2 dan Y 2 = P 2 sin α 2 dan seterusnya sehingga P n diuraikan menjadi X n = P n cos α n dan Y n = P n sin α n. Jadi diperoleh : X r = P 1 cos α 1 + P 2 cos α P n cos α n atau secara umum ditulis : X r =Σ P n cos α n Dengan cara yang sama diperoleh : Y r = Σ P n sin α n Gambar 24 41

46 Contoh Soal dan Penyelesaian : 1. Diketahui gaya-gaya konkuren seperti gambar 20 dibawah ini. P1 = 15 kn, P2 = 20 kn, P3 = 25 kn dan P4 = 30 kn. Gaya-gaya tersebut masing-masing membentuk sudut α1 = 30 0, α2 = 135 0, α3 = dan α4 = Ditanyakan besar dan arah resultan. Gambar 25 Penyelesaian : Cara analitis : Misalnya sumbu X dan Y dibuat horisontal dan vertikal. Untuk memudahkan hitungan dibuat tabel sebagai berikut : No. Pn (kn) n Xn = Pn cos n Yn = Pn sin n ,99-14,14-12,50 21,21 7,5 14,14-21,65-21,21 Jumlah 7,56-21,22 Secara grafis : Dengan menggunakan segi banyak gaya. Skala gaya : 1 cm = 5 kn 42

47 Gambar Diketahui suatu benda dengan gaya-gaya seperti terlihat pada gambar sebagai berikut. Ditanyakan : tentukan besar dan arah resultan gaya dari empat gaya tarik pada besi ring. Gambar Diketahui dua orang seperti terlihat pada gambar berikut, sedang berusaha memindahkan bongkahan batu besar dengan cara tarik dan ungkit. Ditanyakan: Tentukan besar dan arah gaya resultan yang bekerja pada titik bongkah batu akibat kerja dua orang tersebut. Jawaban: Gambar 29 43

48 Soal Latihan 1. Tentukan resultan dari komposisi gaya-gaya dan arahnya pada gambar di bawah ini. 2. Tentukan resultan dari komposisi gaya-gaya dan arahnya pada gambar di bawah ini. 44

49 2.6.4 Memadu Gaya yang tidak Konkuren a) Memadu dua buah gaya yang sejajar. Dalam memadu gaya yang tidak konkuren, ada tiga hal yang akan dicari yaitu : besar, arah, letak resultannya. Gambar 30 Secara grafis dapat dilakukan dengan menggunakan lukisan kutub. Langkah melukis sebagai berikut : 1. Tentukan skala gaya dan skala jarak. 2. Gambarlah gaya P 1 dan P 2 dan tentukan letak titik kutubnya. 3. Titik kutub letaknya sembarang, yang penting garis yang terbentuk dapat dipindahkan dalam poligon gaya. 4. Lukis garis 1 pada kutub dan lukis garis I sejajar dengan garis Lukis garis 2 dan lukis garis II sejajar garis Lukis garis 3 dan lukis garis III sejajar garis Titik potong garis II dan garis III merupakan letak resultan yang dicari, sedang besarnya resultan dan arahnya dapat diukur dan dilihat pada lukisan kutub. 45

50 Cara analitis : Untuk menghitung besarnya resultan adalah R = P 1 + P 2. Arah resultan sesuai dengan arah P 1 dan P 2. Sedang letak resultan dapat dihitung berdasarkan keseimbangan momen komponen (gaya yang dipadu) dengan momen resultan (gaya paduannya). Dimisalkan letak resultan sejauh x dari titik B Statis momen terhadap titik B. P 1. a = R. x R = = 3 Jadi letak resultan 1,7 m dari titik B b) Menyusun Dua Buah Gaya yang Arahnya Berlawanan. Misalkan gaya seperti pada gambar 31 di bawah ini. P 1 arahnya ke bawah dan besarnya 1 kn sedang P 2 = 2 kn arahnya ke atas. Secara grafis dapat dicari besar, arah dan letak resultan sebagai berikut : Gambar 31 46

51 Cara melukis sama seperti pada contoh 1) tetapi harus dipahami benar konsep lukisannya. Di sini gaya P 2 ke atas. Oleh karena itu walaupun ujung P 2 di atas, lukisannya paling akhir. Dan tampak letak R tidak di antara P 1 dan P 2, tetapi terletak di luar P 1 dan P 2. Secara analitis juga dapat dihitung seperti pada di atas. Dalam hal ini hitungan menjadi : Misal jarak resultan dengan titik A = x, maka : R. x = P 2. a R = P 2 P 1 = 2 1 = 1 ton Arahnya ke atas Jadi letak resultan 10 m dari titik A Untuk gaya yang lebih dari dua, cara menghitung dan melukisnya sama seperti pada dua gaya. Perhitungan secara grafis menggunakan lukisan kutub dan secara analitis menggunakan dalil momen statis terhadap suatu titik momen resultan sama dengan jumlah momen komponen. 2.8 Soal Latihan 1. Diketahui gaya P = 4 kn, diminta besar dan arah gaya pengganti P 1 dan P 2 secara grafis dan analitis (lihat gambar 32 ). (Nilai 10) Gambar 32 47

52 2. Tentukan besar dan letaknya resultan dari gaya P 1 = 2 kn, P 2 = 3 kn dan P 3 = 5 kn (lihat gambar 33). (Nilai 10) Gambar Hitunglah besar dan arah gaya P 1 dan P 2 secara grafis dan analitis dari susunan gaya seperti gambar 34. (Nilai 10) Gambar Hitunglah besar, arah dan letak resultan gaya P 1, P 2, P 3 dan P 4 secara grafis dan analitis dari susunan gaya seperti gambar 35. (Nilai 25) Gambar 35 48

53 5. Hitung secara grafis dan analitis resultan dari gaya-gaya gambar 36 di bawah ini. (Nilai 15) Gambar Tentukan besar dan arah resultan gaya-gaya berikut ini secara grafis dan analitis. (Nilai 15) Gambar Hitunglah besar dan arah resultan gaya-gaya seperti gambar 30 di bawah ini, secara grafis dan analitis. (Nilai 15) Gambar 38 49

54 KEGIATAN BELAJAR 3 : MENGURAIKAN GAYA YANG SETARA 3.1 Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan belajar ini diharapkan kalian dapat : 1. Menguraikan gaya yang setara dari sebuah gaya menjadi dua buah gaya. 2. Menguraikan gaya yang setara dari sebuah gaya menjadi tiga buah gaya. 3. Memahami garis sumbu kutub. 4. Dapat menggunakan garis sumbu kutub. 3.2 Menguraikan Sebuah Gaya menjadi Dua Buah Gaya Istilah lain yang digunakan untuk mengganti istilah menguraikan gaya adalah membagi gaya. Berbeda dengan resultan gaya, (yang mencari besar, arah, letak titik tangkap dan garis kerja gaya resultan dari beberapa gaya komponen), membagi gaya adalah mencari besar dan arah gaya yang sudah diketahui garis kerjanya Menguraikan Sebuah Gaya menjadi Dua Buah Gaya yang Konkuren Secara grafis dapat dilakukan dengan jajaran genjang gaya dan atau segitiga gaya. (gambar 39) Gambar 39 50

55 Secara analitis dapat digunakan rumus sinus sebagai berikut : a b c sin sin sin Bila salah satu sisinya (gaya yang akan dibagi) diketahui besarnya dan besarnya sudut dalam diketahui, maka panjang (besarnya) sisi yang lain dapat diketahui. Gambar 40 Contoh Soal: Diketahui gaya P = 10 kn akan dibagi menjadi dua gaya yang bergaris kerja l 1 dan l 2 seperti gambar 41. Diminta besar dan arah gaya komponen (P 1 dan P 2 ). 51

56 Gambar 41. Gaya P dibagi menjadi 2 buah gaya Perhitungan cara grafis dapat dilihat pada gambar 33. Besarnya gaya komponen P 1 dan P 2 dapat dihitung dengan mengalikan panjang garis masing - masing terhadap skala gaya 4 ton = 1 cm. Diperoleh P 1 = 1,9. 4 = 7,2 kn, P 2 = 2,3. 4 = 9,2 kn Cara analitis : 52

57 3.2.2 Membagi Sebuah Gaya menjadi Dua Buah Gaya yang tidak Konkuren Lihat gambar 42. Gaya P = 10 kn akan dibagi menjadi P 1 dan P 2 yang garis kerjanya masing-masing melalui A dan C. Gambar 42 Penyelesaian secara grafis Cara Grafis : 1) Gambarlah garis kerja gaya P, P 1 dan P 2 dengan skala jarak antar garis kerja yang tertentu, misalnya dibuat skala 1 cm = 1 m. 2) Gambar gaya P = 10 kn dengan skala tertentu pula, misal 1 cm = 4 kn. Dan tentukan titik kutub O (sembarang). Usahakan jarak kutub ini sedemikian rupa sehingga lukisan poligon batang nantinya tidak terlalu tumpul dan tidak terlalu runcing. 3) Tarik garis 1 melalui pangkal gaya P = 10 kn dan melalui titik O. 4) Lukis garis I sejajar garis 1, yang memotong garis kerja gaya P 1 dan gaya P. 5) Lukis garis 2 melalui ujung P = 10 kn dan melalui titik O. 6) Lukis garis II sejajar garis 2, yang melalui perpotongan garis I dan garis kerja P dan melalui garis kerja P 2. 7) Lukis garis III yang melalui titik potong antara garis kerja P 1 dan garis I, dan melalui titik potong antara garis kerja P 2 dan garis 2 8) Lukis garis 3 sejajar garis III yang melalui titik kutub dan memotong gaya P = 10 kn. Setelah selesai langkah lukisan di atas, selanjutnya adalah mengukur panjang garis yang menyatakan besarnya P 1 dan P 2. Besarnya gaya P 1 diukur dari pangkal gaya P = 10 kn sampai perpotongan garis 3 dengan gaya P sampai ujung gaya P. Hasil 53

58 pengukuran tersebut kemudian dikalikan dengan skala gaya yang dipakai. Dalam persoalan ini diperoleh gaya P 1 = 1,5. 4 = 6 kn dan gaya P 2 = 1. 4 = 4 kn. Cara analitis : Dengan menggunakan statis momen, yaitu Momen Resultan = Jumlah Momen Komponen. Statis Momen terhadap titik A (lihat gambar 42) Statis momen terhadap titik C 54

59 3.3 Menguraikan Sebuah Gaya menjadi Tiga Buah Gaya Menguraikan sebuah gaya menjadi tiga buah gaya yang tidak konkuren Misalnya gaya P akan diganti menjadi gaya P 1, P 2 dan P 3 yang telah ditentukan garis kerjanya (gambar 44). Gambar 43. Pembagian gaya menjadi tiga buah gaya yang tidak konkruen Usaha pertama adalah membuat gaya-gaya tersebut menjadi konkuren. Dalam membuat konkuren tidak dapat dilakukan sekali, tetapi harus dilakukan dua kali. Dalam hal ini, carilah lebih dulu titik pertemuan antara garis kerja gaya yang diganti dengan salah satu garis kerja gaya pengganti, misalnya titik pertemuannya di A. Kemudian agar diperoleh titik tangkap yang konkuren, maka dua garis kerja pengganti yang lain disatukan menjadi sebuah garis kerja (garis kerja persekutuan), misal titik pertemuan antara antara dua gaya pengganti tersebut di C. Garis yang menghubungkan titik A dengan titik C merupakan garis kerja persekutuan yang dimaksud di atas dan membuat gaya diganti dengan ketiga gaya penggantinya yang konkuren. Dari tiga garis kerja yang konkuren inilah dapat dilukis penggantian sebuah gaya menjadi dua buah gaya, yaitu sebuah gaya pengganti P 3 dan sebuah gaya persekutuan (paduan P 1 dan P 2 ). Selanjutnya gaya persekutuan ini diganti menjadi gaya P 1 dan P 2 (gambar 35). Jadi tiga gaya pengganti telah diketahui semuanya, besarnya tinggal mengukur panjang garisnya dikalikan dengan skala gaya yang dipakai. Mengganti/membagi sebuah gaya menjadi tiga buah gaya yang tidak konkuren ini merupakan dasar metode Cullmann dalam menghitung besarnya gaya batang pada konstruksi rangka. 55

60 Cara analitis Karena gaya-gayanya tidak konkuren, maka untuk menghitung gaya yang belum diketahui dipakai Statis Momen. Pemilihan titik yang dipakai sebagai pusat momen harus diperhatikan sedemikian sehingga dalam sebuah persamaan hanya mengandung sebuah bilangan yang belum diketahui. Untuk persoalan di atas (gambar 43) dipilih dahulu titik C sebagai pusat momen, sehingga dapat dihitung gaya P 3 (bila dipilih titik A sebagai pusat momen, maka ada dua bilangan yang belum diketahui yaitu P 1 dan P 2 ). Statis momen terhadap titik C : P. (a + b) = - P 3. c P 3 dimisalkan arah ke kanan P 3 = - Statis momen terhadap titik B : P.(a b) c jadi P 3 sebenarnya ke kiri P. a = P 2. c P 2 dimisalkan arahnya ke kanan P 2 = P.a C Statis momen terhadap titik D : P 1 = P (a + b) berarti arah P 2 yang benar ke kanan = P 2. c + P 1. d dimisalkan arahnya ke atas P 1 = P. (a b) P 2.c d P. a P. b P.a d = P.b d jadi arah P 1 ke atas Hitungan cara analitis ini merupakan dasar dari metode Ritter untuk mencari besarnya gaya batang pada konstruksi rangka batang. Untuk lebih memahami sebuah gaya menjadi tiga buah gaya yang tidak konkuren, baik secara grafis maupun secara analitis, berikut diberikan contohnya. 56

61 Contoh Soal Hitunglah gaya pengganti P 1, P 2 dan P 3, dari sebuah gaya P = 2 kn, yang masing- masing garis kerjanya l 1, l 2 dan l 3 seperti gambar 44. Gambar 44 Penyelesaian : Cara grafis : Skala gaya yang dipakai 1 cm = 2 kn; skala jarak 1 cm = 2 m. Lukisan untuk menghitung gaya pengganti adalah seperti pada gambar 37. Gambar 45 Lukisan gaya pengganti dengan cara grafis 57

62 Cara analitis, lihat gambar 45 Statis momen terhadap titik E P. 8 = - P 3. 1,732 P 3 dimisalkan ke kanan P 3 = - P. 8 = - 1,732 Statis momen terhadap titik D ,732 = - 9,24 kn jadi P 3 ke kiri P. 9 = P 1. 2 P 1 dimisalkan ke atas P 1 = P. 9 2 = Statis momen terhadap titik B = 9 kn ke atas P. 5 = - P 2. 3,464 P 2 dimisalkan ke atas P 2 = = - 2,89 kn ke bawah 3, Soal Latihan 1. Tentukan besar dan arah gaya pengganti dari sebuah gaya 12 kn yang bergaris kerja melalui A dan B. Garis kerja yang melalui B sudah ditentukan, sedang garis kerja yang melalui A tentukan sendiri. Nilai perhitungan analitis 15 dan nilai hitungan secara grafis 15. P = 12 kn A 2 m 6 m B Gambar 46 58

63 2. Sebuah gaya P = 10 kn akan diganti menjadi gaya P 1, P 2 dan P 3 yang garis kerjanya masing-masing l 1, l 2 dan l 3. Tentukan besar dan arah gaya pengganti tersebut. Nilai perhitungan analitis 20 dan nilai hitungan secara grafis 20. Gambar Hitunglah besar resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada kuda-kuda di bawah ini secara grafis. Gaya akibat angin dari kiri berturut-turut 5 kn, 10 kn, 10 kn, 5 kn, 4 kn, 4 kn dan 2 kn dengan arah seperti gambar di bawah ini. (Nilai 30) Gambar 48 59

64 KEGIATAN BELAJAR 4 : MENYUSUN GAYA YANG SEIMBANG 4.1 Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan belajar ini diharapkan kalian dapat menyusun gaya yang seimbang baik secara grafis maupun analitis pada : a. Gaya yang konkuren b. Gaya yang sejajar c. Gaya yang tidak konkuren 4.2 Menyusun Gaya Konkuren yang Seimbang Menyusun gaya yang seimbang adalah hampir sama dengan menyusun gaya yang setara, bedanya pada arah gayanya. Seperti yang telah dijelaskan di depan, pada keseimbangan gaya jumlahnya gaya aksi dapat lebih dari satu sampai beberapa buah dan reaksinya dapat satu, dua atau tiga. Bila lebih dari 3 reaksi tidak cukup diselesaikan dengan persamaan keseimbangan ΣM = 0, ΣG y = 0, ΣG x = 0. Dalam uraian ini akan diberikan contoh untuk menyusun gaya yang seimbang (mencari reaksi). Pada sebuah titik buhul suatu kuda-kuda yang terdapat dua batang dan sebuah gaya sebesar S 1 = 20 kn yang arahnya menuju titik buhul. Tentukan gaya pada ke dua batang yang belum diketahui agar titik buhul itu seimbang, lihat gambar di bawah ini. 60

65 S 3 = 34 kn 3 S 1 = 20 kn S 1 = 20 kn S 2 = 40 kn Gambar 49 Secara grafis dapat dilakukan dengan lukisan tertutup. Gambarlah gaya S 1 yang besarnya 20 kn dengan sekala tertentu, misal 1 cm = 10 kn. Tarik garis sejajar dengan batang 3 pada ujung gaya S 1, tarik juga garis sejajar batang 2 yang melalui pangkal gaya S 1 sehingga ke dua garis ini berpotongan. Sekarang urutkan arah gaya yang di mulai dari gaya S 1 ke atas kemudian gaya 3 (mendatar), gaya 2 (miring). Dengan demikian arah gaya dapat diketahui yaitu gaya pada batang 3 meninggalkan titik buhul (ke kanan), gaya pada batang 3 menuju titik buhul (miring ke bawah). Besarnya gaya batang dapat diketahui dengan mengukur panjang masing-masing garis yang dikalikan dengan sekala gayanya. Dalam soal ini besar gaya batang S 3 adalah 34 kn, dan besar gaya batang S 2 adalah 40 kn Secara analitis dapat dihitung dengan persamaan keseimbangan (dalam hal ini keseimbangan translasi). Dimisalkan arah gaya S 2 meninggalkan titik buhul. Apabila nanti hasilnya negatif maka arah gaya yang seharusnya adalah kebalikannya yang dalam hal ini menjadi menuju titik buhul. G y = S 2 sin 30 0 = 0 S 2 = - 20/sin 30 0 S 2 = - 40 kn (berarti arahnya menuju titik buhul) ΣG x = 0 S 3 + S 2 cos 30 0 = 0 S 3 = -S 2 cos 30 0 = - (- 40) cos 30 0 S 3 = + 34 kn (arahnya sesuai dengan perkiraan yaitu meninggalkan titik buhul) 61

66 Gambar Keseimbangan Gaya yang Tidak Konkuren Keseimbangan Sebuah Gaya Aksi dengan Dua Gaya Reaksi Peristiwa ini antara lain terjadi pada konstruksi balok sederhana yang dibebani oleh beban terpusat atau beban lainnya, baik satu buah gaya maupun lebih. Sebagai contoh sebuah gaya P (aksi) bekerja pada balok AB direaksi oleh gaya yang bekerja melalui titik A dan B. Untuk menyusun gaya aksi dan reaksi menjadi seimbang dapat dilakukan secara grafis ataupun analitis. Cara grafis adalah sebagai berikut : lukis garis P dengan skala tertentu. Tentukan letak titik kutub O. Tarik garis 1 melalui ujung P dan titik O. Pindahkan garis satu ini pada garis kerja gaya P dan garis kerja gaya reaksi di A (sebut garis ini garis I). Tarik garis 2 melalui ujung P dan titik O. Pindahkan garis 2 ini melalui garis kerja P dan garis kerja reaksi di B (sebut garis ini garis II). Hubungkan titik potong antara garis I dan garis reaksi di A dengan garis II dan garis reaksi di B (sebut garis ini garis S). Pindahkan garis S ini pada lukisan kutub melalui titik O (sebut garis ini garis S). Jarak antara pangkal gaya P sampai titik potong garis S adalah besarnya reaksi di A (R A ) yang arahnya ke atas dan jarak antara titik potong garis S dengan ujung gaya P adalah besarnya gaya reaksi di B (R B ) yang arahnya ke atas. Dengan demikian diperoleh gaya yang seimbang antara aksi (P) dan reaksi (R A dan R B ) 62

67 Gambar 51 Dalam persoalan ini gaya aksi dan reaksi tidak konkuren, sehingga terjadi gerak rotasi. Oleh karena itu untuk menghitung secara analitis perlu menggunakan persamaan keseimbangan rotasi (ΣM = 0). Sedang keseimbangan translasi dipakai sebagai kontrol saja. ΣM B = 0 (dimisalkan arah R A ke atas) P. b (R A. l) (P. b) = 0, R A (ke atas ) l ΣM A = 0 (dimisalkan arah R B ke atas ) P. a (R B. l) (P. a) = 0, R B (arahnya ke atas ) l 63

68 Coba kontrol ΣG Y = 0 Contoh lain yang terdiri atas dua gaya aksi P 1 dan P 2 dengan dua gaya reaksi sebagai berikut. Dalam hal ini P 1 > P 2. Secara analitis : ΣM B = 0 (R A dimisalkan ke atas) (R A. l) (P 1.(b + c)) (P 2. c) = 0 R (P.(b c)) (P.c) 1 2 A (ke atas) l ΣM A = 0 (R B dimisalkan ke atas) (- R B. l) + (P 1. a) + (P 2.( a + b )) = 0 R (P.a) (P 1 2.(a b)) B (ke atas) l Gambar 52 64

69 4.3.2 Keseimbangan Dua buah Gaya Aksi dengan Tiga buah Gaya Reaksi Peristiwa ini terjadi antara lain pada pencarian gaya batang yang menggunakan metode potongan. Sebenarnya cara menyusun keseimbangan gaya sama dengan cara menyusun gaya yang setara, bedanya hanya arah gaya reaksi yang merupakan kebalikan dari arah gaya aksi. Berikut ini diberikan contoh secara grafis dan analitis. Sebuah rangka batang yang secara abstrak dipotong maka potongannya sebelah kiri harus seimbang dengan gaya-gaya yang bekerja di sebelah kiri potongan tersebut, demikian juga yang sebelah kanan. Dalam peristiwa ini ada tiga gaya reaksi yang timbul (paling banyak). Lebih dari tiga gaya reaksi tidak cukup diselesaikan dengan persamaan keseimbangan. Pada gambar 45 di bawah ini gaya R A, P 1 dan gaya yang bergaris kerja 1, 2 dan 3 harus seimbang. 65

70 Gambar 55 Secara analitis perhitungan menggunakan keseimbangan rotasi (ΣM = 0). Untuk mencari gaya S 3, maka gaya S 1 dan S 2 harga momennya dibuat nol. Oleh karena itu dipilih ΣM D = 0. Dimisalkan arah gaya S 3 meninggalkan titik buhul B, maka diperoleh persamaan : R A. 3 + P S S 2. 0 S 3. 3 tg 30 0 = 0 S 3 = R A. 3 : 3. tg = 86,6 kn (berarti arahnya sesuai dengan perkiraan yaitu meninggalkan titik buhul). Untuk mencari S 1, maka momen akibat S 2 dibuat nol dengan menggunakan ΣM C = 0.Misal arah gaya S 1 terhadap titik C meninggalkan titik buhul D. Jarak lengan gaya S 1 terhadap titik C adalah d = 6. sin 30 0 = 3 m. diperoleh persamaan : R A. 6 P S 3.0 +S S 1. d = 0 S R A.6 P S 1 = - 40 kn (berarti arahnya berlawanan dengan perkiraan. Jadi arah S 1 sebenarnya menuju titik buhul D) 66

71 Untuk mencari S 2, dipilih yang komponen gaya momennya sebanyak mungkin harganya nol. Untuk itu dipilih ΣM A = 0. Gaya S 2 dimisalkan arahnya meninggalkan titik buhul D. Jarak lengan momen gaya S 2 terhadap titik A adalah e = 6. sin 30 o = 3 m, diperoleh persamaan : P. 3 + S 2. e + R A. 0 + S S 2. 0 = 0 P. 3 = -S 2. e S 2 = - P.3 = - e = - 20 kn berarti arah S 2 berlawanan dari perkiraan, jadi sebenarnya menuju titik buhul D. 4.4 Soal Latihan 1. Tentukan besar dan arah gaya S 1 dan S 2 dari suatu titik buhul kuda-kuda agar seimbang dengan gaya yang sudah ada yaitu P 1 = 30 kn dan P 2 = 40 kn, baik secara grafis maupun analitis lihat gambar 48 di bawah ini. (Nilai analitis 5 dan nilai grafis 5). Gambar Hitung besar dan arah gaya S 1 dan S 2 dari suatu titik buhul kuda-kuda agar seimbang dengan gaya yang sudah ada yaitu P 1 = 40 kn, P 2 = 60 kn dan P 3 = 30 kn secara grafis dan analitis. (Nilai analitis 10 dan nilai grafis 10). Gambar 57 67

72 3. Hitung gaya reaksi yang melalui A dan B akibat gaya aksi P 1 = 70 kn dan P 2 = 40 kn, secara grafis dan analitis. (Nilai analitis 10 dan nilai grafis 10). Gambar Hitung secara grafis dan analitis gaya reaksi yang melalui A dan B yang diakibatkan oleh gaya P = 10 kn. Garis kerja reaksi di B ditentukan mendatar, sedang garis kerja reaksi yang melalui A tentukan sendiri. (Nilai analitis 10 dan nilai grafis 10). Gambar Hitung gaya batang S 1, S 2, dan S 3 agar seimbang dengan gaya luar (aksi) P 1, P 2, dan R baik secara grafis maupun analitis. (Nilai analitis 15 dan nilai grafis 15). Gambar 60 68

73 4.5 LEMBAR EVALUASI 1. Tentukan gaya batang S 1, S 2 dan S 3 agar seimbang dengan gaya luar P 1, P 2, P 3 dan R seperti gambar 53 dibawah ini baik secara grafis maupun analitis. (Nilai analitis 30 dan nilai grafis 30). Gambar Tentukan besar, arah dan garis kerja reaksi yang belum diketahui akibat adanya gaya aksi P 1 = 5 kn dan P 2 = 10 kn. Diketahui garis kerja reaksi di A adalah mendatar. (Nilai analitis 20 dan nilai grafis 20). Gambar 62 69

74 KEGIATAN BELAJAR 5 : PEMBEBANAN PADA KONSTRUKSI BANGUNAN 5.1 Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan belajar ini diharapkan kalian dapat : a. Mmengidentifikasi muatan-muatan/ beban sebagai gaya pada statika bangunan b. Memahami beban yang bekerja pada konstruksi bangunan c. Dapat menghitung beban pada konstruksi bangunan 5.2 Gaya luar Gaya luar adalah muatan dan reaksi yang menciptakan kestabilan atau keseimbangan konstruksi. Muatan yang membebani suatu kontruksi akan dirambatkan oleh kontruksi ke dalam tanah melalui pondasi. Gaya-gaya dari tanah yang memberikan perlawanan terhadap gaya rambat tersebut dinamakan reaksi. Muatan adalah beban yang membebani suatu konstruksi baik berupa berat kendaraan, kekuatan angin, dan berat angin. Muatan-muatan tersebut mempunyai besaran, arah, dan garis kerja, misalnya: - Angin bekerja tegak lurus bidang yang menentangnya, dan diperhitungkan misalnya 40 kn/m 2, arahnya umum mendatar. - Berat kendaraan, merupakan muatan titik yang mempunyai arah gaya tegak lurus bidang singgung roda, dengan besaran misalnya 5 tn. - Daya air, bekerja tegak lurus dinding di mana ada air, besarnya daya air dihitung secara hidrostatis, makin dalam makin besar dayanya. 70

75 Dalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai muatan yang bekerjanya tidak langsung pada konstruksi, seperti penutup atap ditumpu oleh gording dan tidak langsung pada kuda-kuda. Pembebanan (loading) pada konstruksi bangunan sebenarnya telah diatur pada Peraturan Pembebanan Indonesia untuk gedung (PPIUG) tahun 1983 atau seperti yang tercantum dalam Pedoman Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung Oleh karena itu supaya lebih mendalam diharapkan kalian membaca peraturan-peraturan tersebut, karena dalam uraian berikut hanya diambil sebagian saja. 5.3 Muatan atau beban Muatan atau beban menurut sifatnya dibedakan sebagai berikut: a. Beban mati : beban yang tetap berada di gedung dan tidak berubah-ubah (berat sendiri konstruksi dan bagian lain yang melekat): - Beban balok - Beban kolom - Beban plat - Beban dinding ( tinggi x berat/m2) -> PPPURG -> 2,5 KN/m2 untuk susunan ½ bata b. Beban hidup: beban yang berubah-ubah pada struktur dan tidak tetap. Termasuk beban berat manusia dan perabotnya atau beban menurut fungsinya: - Ruang kantor - Ruang pertunjukan - Parkir 71

76 c. Beban angin (beban yang disebabkan oleh tekanan angin): beban yang bekerja horisontal / tegak lurus terhadap tinggi bangunan. Untuk gedung-gedung yang dianggap tinggi, angin harus diperhitungkan bebannya karena berpengaruh terhadap simpangan gedung dan penulangan geser Gambar 63. Beban angin d. Beban gempa (beban karena adanya gempa). Untuk bangunan tinggi, beban gempa harus diterapkan sedemikian rupa sehingga bangunan harus mampu menahan gempa ulang 50 tahun. Gambar 64. Beban Gempa e. Beban khusus (beban akibat selisih suhu, penurunan, susut dan sebagainya) 72

77 5.4 Ketentuan-ketentuan tentang pembebanan 1) Bangunan-bangunan harus diperhitungkan terhadap pembebanan-pembebanan oleh : Muatan mati dinyatakan dengan huruf M Muatan hidup dinyatakan dengan huruf H Muatan angin dinyatakan dengan huruf A Muatan gempa dinyatakan dengan huruf G Pengaruh-pengaruh khusus dinyatakan dengan huruf K 2) Kombinasi pembebanan harus ditinjau sebagai berikut : A. Kombinasi pembebanan tetap : M + H B. Kombinasi pembebanan sementara : M + H + A M + H +G C. Kombinasi pembebanan khusus : M + H + K M + H + A + K M + H + G + K 73

78 Berikut ini contoh beberapa beban / muatan pada bahan bangunan : 1. Muatan mati Bahan bangunan Pasir (kering udara) 1600 kg/m 3 Pasir (jenuh air) 1800 kg/m 3 Beton 2200 kg/m 3 Beton bertulang 2400 kg/m 3 Konstruksi Dinding pasangan batu bata untuk : Satu batu 450 kg/m 3 Setengah batu 250 kg/m 3 Penutup atap genting dengan usuk, reng per m 2 bidang atap 50 kg/m 2 2. Muatan hidup Atap bangunan : Atap rata dengan kemiringan tidak lebih 1 : 20 dan pelat luifel tidak digenangi air, tidak datar 75/km 2. Dalam perhitungan reng, usuk/kasa, gording/ gulung-gulung dan kudakuda untuk semua atap harus diperhitungkan satu muatan terpusat sebesar minimum 100 kg (berasal dari berat sedang pekerja). Lantai bangunan : Lantai & tangga rumah tinggal 200 kg/m 2 Lantai sekolah, ruang kuliah 250 kg/m 2 3. Muatan angin : Tekanan tiup diambil minimum 23 kg/m2 Tekanan tiup di laut dan tepi laut sampai sejauh 5 km dari pantai, minimal 40 kg/m2 74

79 Contoh perhitungan beban : 1. Hitunglah berat seluruh balok beton bertulang dengan ukuran 20 cm + 30 cm panjang 3 m yang terletak di atas tumpuan sendi dan rel seperti gambar di bawah: A B L = 3m Jawaban : Berat sendiri beton bertulang q = 2400 kg/m3 (daftar) Berat seluruh balok beton bertulang = 0,20 m x 0,30 m x 3 m x 2400 kg/m 3 = 360 kg/m 2. Hitunglah berat sendiri balok beon bertulang dengan ukuran 30 cm x 50 cm. Jawaban : berat sendiri balok = 0,30 m x 0,50 m x 240 kg/m 3 = 360 kg/m 3, bila dikonversi ke dalam satuan internasional (SI) = 3600 N/m = 3,6 KN/m Pada konstruksi bangunan, beban-beban yang diperhitungkan bukan hanya beban mati saja seperti yang telah diuraikan di atas, tetapi dikombinasikan dengan beban hidup yang disebut dengan pembebanan tetap, bahkan ada kombinasi yang lain seperti dengan beban angin menjadi beban sementara. 75

80 Contoh Soal : Hitunglah beban yang bekerja pada balok beton bertulang dengan ukuran 30 cm x 50 cm, bila balok tersebut digunakan untuk menyangga ruang rumah tinggal dengan luas lantai yang dipikul balok sebesar 2m tiap panjang balok. Catatan : beban lantai tidak dihitung. Jawaban : Beban akibat muatan hidup = 200 kg/m2 x 2 m = 400 kg/m Berat sendiri balok = 0,30 m x 0,50 m x 2400 kg/m 3 = 360 kg/m Maka beban tetap yang bekerja pada balok adalah : 400 kg/m + 360kg/m = 760kg/m Muatan/ beban menurut bentuknya beban tersebut dapat diidealisasikan sebagai berikut: a. beban terpusat b. beban terbagi merata c. beban tak merata (beban bentuk segitiga, trapesium dan sebagainya). Bebanbeban ini membebani konstruksi (balok, kolom, rangka, batang dan sebagainya) yang juga diidealisasikan sebagai garis sejajar dengan sumbunya. 76

81 Beban terpusat adalah beban yang titik singgungnya sangat kecil yang dalam batas tertentu luas bidang singgung tersebut dapat diabaikan. Contoh: - beban seseorang melalui kaki misalnya 60 kn, - berat kolom pada pondasi misalnya 5000 kn, - beban akibat tekanan roda mobil atau motor, - pasangan tembok setengah batu di atas balok, - beton ataupun baja dan sebagainya Satuan beban ini dinyatakan dalam Newton atau turunannya kilonewton (kn). Lihat gambar 67. Gambar 65 tekanan pada kereta api pada relnya atau tekanan ban mobil jalan. Gambar 66. Tekanan roda kereta api pada rel. 77

82 Gambar 67. Beban kendaraan Gambar 68. Tekanan ban mobil pada jalan raya. Gambar 69. Model Beban terpusat Penulisan muatan/beban dan satuannya adalah : P = 200 kg P = 5 ton P = 10 KN dan seterusnya 78

83 Beban merata adalah beban yang bekerja menyentuh bidang konstruksi yang cukup luas yang tidak dapat diabaikan. Contoh : plat lantai, balok beton dan tekanan tembok pada balok beton. Beban ini dinyatakan dalam satuan Newton/meter persegi ataupun newton per meter atau yang sejenisnya lihat gambar 68. Penulisan muatan / beban dan seterusnya adalah : Untuk lantai q = 200 kg/m 2 Untuk balok q = 1 ton/m q = 1 KN/m dan seterusnya Gambar 70 79

84 Gambar 71. Model Beban merata Muatan/ beban tidak merata adalah adalah muatan yang luas singgungnya merata tapi muatannya tidak terbagi rata. Beban tidak merata dapat berupa beban berbentuk segitiga baik satu sisi maupun dua sisi, berbentuk trapezium, dan sebagainya. Satuan beban ini dalam newton per meter pada bagian ban yang paling besar lihat gambar 73. Gambar 72 80

85 Contoh : muatan/beban dari tekan air pada dinding bak air atau tekanan air pada pintu air. Tekanan air pada dinding bak atau pada p intu air tidak terbagi rata (merupakan tekanan segitiga) yang dimulai dari bagian atas kecil tak terhingga dan semakin ke bawah semakin besar. Gambar 73. Tekanan aktif tanah Gambar 74. Tekanan aktif tanah dan beban hidrostatis Penulisan muatan / beban dan satuannya adalah : q = 2000 kg/m 2 q = 2 ton/m 2 q = 2 kn/m 2 81